L’universo dal Big Bang: dal primo microsecondo ad oggi

Il Big Bang. Credit: NASA
Il Big Bang. Credit: NASA

Durante le prime fasi del Big Bang, in presenza di temperature molto elevate, le energie dei fotoni erano enormi, ma con l’espansione e il raffreddamento dell’universo si indebolirono. Meno di un milionesimo di secondo dopo l’evento iniziale la temperatura dell’universo superava i 10 milioni di milioni di k e una grande quantità di particelle e antiparticelle si formava e veniva annichilata. In quei momenti l’universo era costitutito da particelle di materia e da fotoni di energia raggiante grosso modo in quantità uguali. Prima della fine del primo millisecondo la temperatura era calata a meno di 10 mila miliardi di gradi kelvin e la formazione di particelle pesanti quali protoni e neutroni non era più possibile. La maggior parte di quelli già esistenti vennero rpidamente annichilati in seguito a collisione con le relative antiparticelle. Tuttavia la quantità di particelle era superiore a quelle delle antiparticelle, seppure di poco e quindi alcuni protoni e neutroni continuarono ad esistere e formarono gli atomi che costituiscono le attuali stelle e galassie. Si calcola che solo una particella su un miliardo sia sopravvissuta, mentre le altre venivano convertite in energia raggiante. Qualche secondo più tardi la temperatura era già calata a pochi miliardi di K e le energie dei fotoni risultarono quindi troppo basse per consentire la formazione di particelle leggere, quali elettroni e positroni, mentre collisioni fra quelli già esistenti ne annullavano la maggior parte, lasciando solo un residuo. Circa tre minuti dopo l’evento primordiale l’universo si era raffreddato fino a raggiungere una temperatura di un miliardo di K; le condizioni formatesi favorirono la saldatura di protoni e neutroni che diedero origine all’elio e ad altre piccole quantità di altri nuclei leggeri, il deuterio e il litio. Il rapporto attuale tra idrogeno ed elio fu fissato in quell’attimo. galaxies-big-bang-hydrogen-fogDa quel momento in poi l’universo risulta costituito da una miscela opaca di materia ed energia radiante che continua ad espandersi e raffreddarsi. Alcue centinaia di migliaia di anni dopo la temperatura era di circa 3000 k. I protoni furono in grado di catturare e trattenere gli elettroni formando atomi di idrogeno neutro in quanto l’energia raggiante non aveva più potenza sufficiente a trasformarli in ioni. La maggior parte degli elettroni fu rapidamente assorbita e divenne quindi possibile per i fotoni percorrere rilevanti distanze senza rischio di collisioni o di essere assorbiti. Durante questa fase, nota come “disaccoppiamento” fra materia ed energia raggiante, l’universo divenne trasparente. Dal momento del disaccoppiamento l’universo si è espanso mille volte tanto e l’energia raggiante liberata in quella fase e distribuita nello spazio, si è rarefatta, espandendosi e raffreddandosi, ed è divenuta l’irradiazione i fondo di microonde rilevabile oggigiorno.

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